Las láminas PP (polipropileno) se usan ampliamente en interiores automotrices, materiales de embalaje, dispositivos electrónicos y otros campos debido a su peso ligero, resistencia a la corrosión química y un fácil procesamiento. Sin embargo, diferentes escenarios de aplicación tienen diferencias significativas en las propiedades mecánicas de las hojas de PP, especialmente el indicador central de la resistencia a la tracción. Este artículo analizará sistemáticamente los puntos clave de la resistencia a la tracción de las hojas de PP de tres niveles: sistema estándar internacional, especificaciones de operación de prueba y factores de influencia multidimensionales, y proporcionaron soporte técnico para la investigación y el desarrollo de materiales, el control de calidad y las aplicaciones de ingeniería.
¿Qué estándares internacionales o nacionales se siguen para las pruebas de resistencia a la tracción de las hojas de PP?
En el campo de las pruebas de rendimiento plástico, los estándares de la serie ISO 527 forman un marco de prueba básico. El sistema estándar incluye principalmente tres componentes: la primera parte (principio general) regula principalmente los conceptos básicos de las pruebas de tracción, como la definición de términos profesionales, como la resistencia al rendimiento y el alargamiento de la rotura, y también hace requisitos para la clasificación morfológica de la muestra, incluidos dos tipos: estructura común y estructura rectangular. En términos de configuración de condiciones de prueba, los parámetros clave, como la temperatura ambiente, la humedad del aire y la tasa de tracción en la que el laboratorio necesita controlar se centra. Especialmente para la configuración de clasificación de la velocidad de estiramiento, por ejemplo, para materiales de película delgada, generalmente se usa un estiramiento lento de 1 mm\/min, mientras que los materiales tipo lámina pueden usarse para detectar velocidades más rápidas de 50 mm\/min.
Con respecto a las reglas de preparación de la muestra, el estándar ISO 527-2 detalla las especificaciones específicas de las dos muestras. Tomando el modelo 1BA\/1BB en la muestra de tipo pescado como ejemplo, el ancho de la parte estrecha se establece en 4 mm y la longitud del medidor se fija en 50 mm. Este diseño es más efectivo para descubrir defectos locales en el material. El ancho de la muestra rectangular se expande a 10 mm. Aunque los datos de la prueba son más estables, puede no reflejar con precisión los problemas de rendimiento locales del material. En la tercera parte del estándar para materiales especiales, como las láminas de polipropileno con un grosor de no más de 1 mm, el estándar recomienda que se seleccionen diferentes tasas según el propósito de la prueba: una velocidad lenta de 1 mm\/min es adecuada para simular condiciones de carga estática a largo plazo, y una velocidad rápida de 50 mm\/min es más cercana a la situación real de las cargas de impacto.
El estándar ASTM D638 comúnmente utilizado en América del Norte tiene sus características en el diseño de la muestra. Por ejemplo, aunque los parámetros de ancho y calibre de las muestras rectangulares tipo I son los mismos que los del estándar ISO, la estructura del accesorio del accesorio está particularmente optimizada, lo que hace que sea más fácil sumar en la operación real. En contraste, las muestras de mancuernas con un ancho de 4 mm en el estándar ISO tienen una mayor sensibilidad para detectar defectos internos debido a su pequeño área de contacto. Esta característica lo hace ampliamente utilizado en la inspección de calidad de fábrica. También hay diferencias en el método de clasificación de tasa de prueba de los dos sistemas estándar, y es necesario seleccionar y adaptarse de acuerdo con los escenarios de uso de los materiales específicos.
Al realizar pruebas de rendimiento del material, a menudo es necesario distinguir las velocidades de prueba. Por ejemplo, una prueba lenta (una velocidad de 5 mm por minuto), esta solución es más adecuada para materiales como la ingeniería de plásticos (como las piezas de plástico alrededor del tablero de un automóvil), y se usa principalmente para observar el valor de resistencia máxima que el material en sí puede lograr. Las pruebas rápidas (configuración de 500 mm por minuto) se utilizan más para simular escenarios de uso reales, como las situaciones de impacto que las películas electrónicas de envasado de productos pueden encontrar durante el transporte. En este caso, los datos obtenidos pueden reflejar mejor el estado de uso real.
Con respecto a la selección de los estándares de prueba, la referencia principal en China es el documento estándar GB\/T 1 0 40.2. El rango de grosor de la muestra especificada en ella puede ser de 0.1 mm a 14 mm, básicamente cubriendo todas las especificaciones de láminas PP producidas por procesos de moldeo por inyección o extrusión. Es particularmente importante tener en cuenta que los estándares claramente requieren que al realizar pruebas comparativas, las condiciones ambientales deben controlarse para controlarse a la temperatura de 23 grados y la humedad no debe exceder 2 grados, y la humedad debe mantenerse en el rango de 50%± 5%, y las muestras deben estar previamente por adelantado durante al menos 40 horas, estos reglamentos se deben garantizar que los datos de los datos sean diferentes de los demás.
El estándar de la UE (Din en ISO 527) enfatiza la precisión de la medición, por ejemplo, el error de distancia del medidor debe controlarse dentro del rango de más o menos 0. 2 mm. Esto se debe principalmente a que si la desviación de la distancia del medidor excede el 1%, los datos de intensidad calculados finales pueden tener un error de aproximadamente 0. 5%a 1%. Para los materiales de PP utilizados en el campo de la medicina, se requieren pruebas de bioseguridad adicionales como se especifica en ISO 10993, que es confirmar que las sustancias precipitadas después de remojar el material no afectarán su rendimiento por tracción.
El estándar interno de la industria QB\/T 2471-2000 tiene requisitos especiales para hojas PP extruidas. Por ejemplo, los materiales puros de PP requieren una resistencia a la tracción de al menos 28 megapas, y la alargamiento en el descanso no puede ser inferior al 150%. Si se agrega un material modificado con 30% de polvo de talco, aunque la resistencia a la tracción se puede aumentar a más de 40 MPa, el estándar de alargamiento se relajará al 50%; esta configuración es en realidad encontrar un punto de equilibrio entre la rigidez y la dureza del material.
Al elegir un plan de prueba, preste especial atención a las diferencias entre los estándares. Por ejemplo, en términos de forma de muestra, la muestra de tipo mancuernas (4 mm de ancho en la parte media estrecha) adoptada por el estándar ISO es propensa a exponer defectos locales del material, que es más adecuado para la selección de fórmulas en la etapa de I + D. Las muestras rectangulares (ancho de 10 mm) utilizadas por el estándar ASTM tienen una mejor estabilidad durante la inspección de producción en masa. La selección de la velocidad de prueba también debe combinarse con escenarios de aplicación reales. Por ejemplo, las piezas interiores automotrices son adecuadas para usar pruebas lentas de ISO 527 para evaluar el rendimiento del estrés a largo plazo. Sin embargo, si se trata de un material de embalaje para productos electrónicos, las pruebas rápidas ASTM deben usarse para simular los choques de transporte.
¿Cuáles son las precauciones para las pruebas de tracción de las hojas de PP?
Acerca de la preparación y procesamiento de la muestra
Preste especial atención al método de operación durante la etapa de preparación de la muestra. Por ejemplo, el corte mecánico puede causar concentración de estrés en el borde del material, es decir, es fácil descifrar el borde. En este momento, se recomienda usar el corte láser, de modo que el área afectada por el calor se pueda controlar básicamente dentro de 0. 1 mm. Para las láminas extruidas, las muestras deben cortarse en la dirección del flujo del material y la dirección vertical, respectivamente. Por ejemplo, la resistencia a la tracción en la dirección de la máquina suele ser de 15% a 20% mayor que la de la dirección transversal.
En términos de control ambiental, en pocas palabras, las condiciones de temperatura y humedad deben controlarse. Es particularmente importante tener en cuenta que la temperatura del pretratamiento debe mantenerse dentro de un rango de 23 grados centígrados más o menos 1 grado para evitar cambios en la cristalinidad del material debido a las fluctuaciones de temperatura. Para los materiales PP que contienen ingredientes como la cera de PE, deben colocarse en una secadora durante aproximadamente dos días para equilibrarse. El propósito de esto es evitar que la absorción de humedad cause que la estructura molecular se afloje.
Puntos clave para la calibración de equipos de prueba
El nivel de precisión del extensómetro utilizado para medir la tensión debe seleccionarse de acuerdo con la situación. Cuando la longitud del medidor excede los 25 mm, un modelo de alta precisión con un error de no más de 0. Se debe usar el 5%. Si desea hacer una prueba de baja temperatura a menos 40 grados, debe usar nitrógeno líquido para enfriar las piezas del accesorio, de lo contrario, la resistencia de las piezas de acero inoxidable disminuirá en aproximadamente un 40% a bajas temperaturas.
La selección de sensores de carga también es particular. Cuando se trata de sábanas gruesas, debe elegir un sensor con un rango de 20 kN, y el error de precisión debe controlarse dentro de una milésima. Si está midiendo materiales de película delgada, sería más apropiado cambiar a un rango de 5 kN, lo que puede evitar las desviaciones de medición causadas por la sobrecarga del sensor. Por ejemplo, si la sobrecarga es del 10%, el error puede alcanzar dos puntos porcentuales.
Controles clave durante la prueba
El método de sujeción afectará directamente los resultados experimentales. Se recomienda usar una abrazadera de cuña hidráulica para aplicar una presión de sujeción de 5 a 10 MPa, de modo que la probabilidad de deslizamiento de la muestra se puede reducir de 15% a menos del 3%. La longitud de sujeción debe ser más de 50 mm. Si solo se sujetan 30 mm, el final es propenso a aplastar, lo que resulta en un aumento de un cuarto en el riesgo de fractura.
Preste atención a la identificación del procesamiento de anomalías de datos. Si el material se rompe antes de ceder, esto puede ser causado por defectos en la muestra o sujeción excesiva. Dichos datos deben descartarse. Cada conjunto de experimentos debe obtener al menos cinco puntos de datos válidos, y el coeficiente de variación calculado no debe exceder el 5% para indicar que los resultados son confiables.
¿Cuáles son los factores que afectan la resistencia a la tracción de las hojas de PP?
Propiedades del material en sí
· Composición molecular
Por ejemplo, para materiales como el polipropileno homopolímero (HPP), debido a la disposición relativamente regular de las cadenas moleculares, la cristalinidad generalmente puede alcanzar el rango de 50%-60%, y la resistencia a la tracción correspondiente es aproximadamente 25-35} MPA. Sin embargo, debido a la estructura dispersa de la fase de goma dentro del copolímero de polipropileno (CPP), aunque la resistencia al impacto puede aumentar en un 50% o incluso duplicar, la resistencia a la tracción se reducirá a 20-30 MPA.
· Influencia del grado de cristalinidad
En resumen, cuanto mayor es la cristalinidad, mayor es la resistencia a la tracción. Por ejemplo, por cada aumento del 10% en la cristalinidad, la resistencia se puede aumentar en aproximadamente 3-5 MPA. Preste especial atención al impacto de las diferencias en las formas de cristal. Por ejemplo, la resistencia del polipropileno cristal puede ser aproximadamente 15% mayor que la del polipropileno cristal, que se debe principalmente a la estructura laminar más gruesa de los cristales. Para mejorar el efecto de cristalización, agregar agentes nucleadores es un método común. Por ejemplo, el agente nucleado NA -11 puede acelerar la velocidad de cristalización en aproximadamente tres veces y aumentar la resistencia a la tracción en un 8%-12%.
Medios técnicos de modificación de materiales
· Método de refuerzo de relleno
El más común es el relleno de fibra de vidrio. Cuando la cantidad de adición alcanza el 30%, la resistencia del material puede aumentar a 60-80 MPA. Aquí debemos prestar atención a la dirección del arreglo de la fibra. Por ejemplo, cuando la dirección de la disposición de la fibra de vidrio alcanza más del 80%, el efecto es el mejor. Si es inferior al 60%, la mejora de la fuerza puede ser inferior a la mitad. Otro método es usar carbonato de nanocalcio. Si este relleno se agrega en un 5%, la resistencia a la tracción se puede aumentar en aproximadamente un 10%. Sin embargo, si se agrega demasiado, más del 10%, se aglomerará, especialmente si las partículas son demasiado grandes. Si supera los 200 nanómetros, es fácil causar problemas de concentración de estrés.
· Equilibrio del tratamiento de endurecimiento
Cuando la cantidad de agentes de endurecimiento como el caucho EPDM se agrega al 20%, aunque la resistencia a la tracción disminuirá a 18-22 MPA, la ductilidad del material mejorará en gran medida, y la alargamiento al descanso se puede aumentar del 10%al 300%original. Este material modificado es particularmente adecuado para materiales de empaque que deben doblarse repetidamente, como la junta de sellado en la tapa de la botella de bebidas, que es un escenario de aplicación que requiere resistencia y resistencia a la deformación.
· Elastómero de Poe: este material puede aumentar la resistencia al impacto con muescas de 4 kJ\/m2 a 18 kJ\/m2 mientras se mantiene una resistencia de 25 MPa. Por ejemplo, piezas como los parachoques de automóviles que requieren alta seguridad son más adecuadas para este material.
Parámetros de procesamiento
· Proceso de extrusión
· Temperatura de fusión: por ejemplo, cuando la temperatura se controla a 200 a 210 grados centígrados, la resistencia a la tracción del material es la mejor, pero si la temperatura aumenta por encima de 230 grados, la estructura interna del material es fácil de descomponer, y la resistencia a la tracción disminuirá en aproximadamente un 15%.
· Tasa de enfriamiento: por ejemplo, la resistencia a la tracción del producto es de 5% a 8% mayor cuando se trata con enfriamiento de agua a 5 grados que cuando se trata con enfriamiento de aire a 25 grados. Esto se debe principalmente a que el material se cristaliza más completamente cuando el enfriamiento es rápido, por ejemplo, el tamaño de partícula de cristal se puede reducir de 50 micras a 20 micras.
· Proceso de moldeo por inyección
· Presión de retención: cuando la presión aumenta de 5 0 MPA a 1 0 0 MPa, la densidad del material aumentará de 0.90 a 0.92 gramos por centímetro cúbico. En este momento, la resistencia a la tracción puede aumentar en un 8% a 12%. Esto se debe principalmente a que la alta presión puede reducir los vacíos dentro del material.
· Temperatura del molde: por ejemplo, usando un molde de baja temperatura a 40 grados, aunque el material puede cristalizarse rápidamente y la resistencia aumenta en un 5%, la superficie es propensa a las marcas de flujo; Si se usa un molde de alta temperatura a 80 grados, aunque la superficie es más suave, la resistencia disminuirá en aproximadamente un 3%.
Condiciones de entorno y uso
· Efecto de la temperatura
· El fragilidad de baja temperatura: a -20 grados, la resistencia del material PP no modificado caerá a 15 MPa, que es la mitad de eso a temperatura ambiente. En este momento, el material se volverá particularmente frágil, por ejemplo, la fuerza de impacto disminuirá directamente en un 80%.
· Afirmación de alta temperatura: cuando la temperatura aumenta a 80 grados, la resistencia del material disminuirá a 18 MPa, pero el alargamiento puede duplicar, lo que significa que el material ha sufrido ablandamiento térmico. En este momento, es necesario mejorar el rendimiento mezclando otros materiales.
Bajo las condiciones de prueba mecánica de la velocidad convencional (la velocidad de carga se controla a aproximadamente 1 mm por minuto), el valor de resistencia al rendimiento medido está aproximadamente en el rango de 28 MPa. Este valor en realidad puede considerarse como la característica de fuerza del material en sí. Cuando las condiciones experimentales se ajustan al modo de impacto de alta velocidad (por ejemplo, la velocidad de carga aumenta a 500 mm por minuto), la resistencia al rendimiento del material mejorará significativamente, alcanzando aproximadamente 35 MPa. Este cambio se debe principalmente al fenómeno de endurecimiento por deformación del material durante la deformación de alta velocidad. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que en este caso, la alargamiento al descanso del material se reducirá considerablemente del nivel original del 300% a aproximadamente 50%. En este momento, puede ser necesario ajustar la fórmula del material, como el uso de materiales de polipropileno de copolímero con una mejor resistencia al impacto para mejorar.
En términos de resistencia química, por ejemplo, después de sumergirse en un líquido de hidróxido de sodio al 5% durante tres días, el índice de resistencia a la tracción del material disminuirá significativamente en aproximadamente 4 0%. La razón principal de esta situación está relacionada con la reacción de hidrólisis de la cadena molecular material en un entorno alcalino. Es posible considerar reemplazar los materiales de polipropileno de copolímero o recubrir la superficie del material para su protección. Al investigar los efectos del envejecimiento ultravioleta (por ejemplo, la irradiación continua con la fuente de luz UVB durante 1000 horas), el índice de resistencia al material caerá en aproximadamente una cuarta parte. Para abordar este problema, por ejemplo, si se agrega un material estabilizado con luz tipo HALS con una concentración de 0.5%, la pérdida de resistencia puede controlarse efectivamente dentro del 10%.
